[发明专利]一种高温气体气雾化制备球形粉末的方法

说明书

本发明涉及一种高温气体气雾化制备球形粉末的方法。该高温气体气雾化制备方法包括：产生并运输高温气体：所述高温气体由高温气体发生装置产生，所述高温气体经运输管道进入气雾化装置；气雾化：熔融原料进入气雾化装置，被高温气体雾化后，在雾化室形成破碎液滴，所述气雾化装置包括加热热源，雾化喷嘴和雾化室，所述加热热源用于获取熔融材料，所述雾化喷嘴用于喷射高温气体；粉末收集：破碎液滴通过冷却装置，凝固成为球形粉末，并被粉末收集装置收集，所述冷却装置可以调节工作参数从而控制破碎液滴的球化过程。本发明创新性在于使用高温气体冲击破碎熔融材料，并控制球化过程从而制得球化率高，球形度好，颗粒直径小，表面质量好的球形粉末。

技术领域

本发明涉及生产球形粉末(例如金属球形粉末、陶瓷粉末)的领域。更具体地，本发明涉及借助于高温气体气雾化工艺制备球形粉末的方法和设备。

背景技术

打印（3D printing）技术又称为增材制造（additive manufacturing，AM），出现于上世纪80年代，它是一种基于CAD建模基础上的“自下而上”材料逐层累加的制造方法。3D打印技术被认为是“一项将要改变世界的技术”，第三次工业革命的重大标志。目前3D打印多用高性能指标的球形金属粉末为原料，加工出各种各样复杂、个性化的产品，因此球形金属粉末制备工艺是近年来的研究热点。利于3D打印的球形金属粉末需要满足以下要求：1.金属的成分均匀；2.具有高的球化率；3.金属球表面质量好，球形颗粒间不包裹，不黏着；4.粒径分布窄（15μm~45μm）。现目前生产球形金属粉末比较成熟的方法是气雾化法、等离子体雾化法。

首先，等离子体雾化法包括：直流非转移弧等离子体雾化法和旋转电极法。直流非转移弧等离子体雾化法是在封闭环境中，利用直流非转移弧等离子体炬产生高温、高速的等离子体射流后，金属丝或金属棒通过等离子体射流，经射流熔化、碰撞和破碎后形成金属液滴，在雾化室中因为表面张力的因素冷凝成为金属球形粉末。加拿大金属粉末供应商AP&C和PyroGenesis公司各自提出了基于三束等离子体炬系统的等离子体雾化装置（专利号：US20180214956A1、US005707419A），上述等离子体雾化法可以制得平均直径小，粒径分布窄的3D打印用的金属球形粉末，但其产量低，并且三束等离子体炬不易保证工作状态的一致，更不易保证三束等离子体射流的汇聚。旋转电极法是经过等离子体或电火花加热金属圆柱顶端并熔化后，在其表面形成很薄的液态层，在金属圆柱的高速旋转下，液态层因旋转产生的离心力而导致飞出形成金属液滴，而后金属液滴因为表面张力的因素冷凝成为金属球形粉末。上述旋转电极法虽然可以制得表面质量较好的3D打印用的金属球形粉末，但其粉末平均直径大，并且采用的技术和装置门槛过高，成本难以控制，且操作过程复杂，不利于运用于实际生产。

关于气雾化法，在诸多的气雾化方式中，都是液态金属因为重力通过中间漏槽流出，在中间漏槽的洞的下面，液态金属被气体射流撞击。雾化的最初阶段发生在射流交叉的顶点上。这里，熔化金属被拆离，加速并最终冷却、凝固，从而形成非常小的粉末颗粒。气雾化法是现在最广泛应用的生产金属球形粉末的方法，其生产成本低，原理简单，但是气雾化法都是使用未经过特定流程加热的气体作为雾化流体，这种未经加热的气体去冲击碰撞高温的熔融材料，将减少高温区的温度和体积，造成熔融金属的提前冷却，从而出现球形颗粒互相包裹、黏着和低球化率等不利结果。

发明内容

基于此，有必要改进现有的气雾化制备方法，解决提前冷凝问题，并保持气雾化法制备方法操作简单、成本低的优势。

一种高温气体气雾化制备球形粉末的方法包括：